电控发动机原理与检修（第2版）教学课件作者赵振宁5.ppt

第五章　直喷发动机和直喷稀燃发动机 第一节　直喷稀燃发动机理论　 第二节　国内投入批量生产的直喷发动机　 第三节　投入批量生产的直喷稀燃发动机 第五章　直喷发动机和直喷稀燃发动机 缸内燃油喷射发动机分为直喷均质发动机和直喷稀燃发动机两种。 均质即汽缸内的油气浓度各处都相等，怠速用浓混合气，部分负荷空燃比为１４.７的混合气，全负荷用浓混合气。这样的直喷发动机为均质直喷发动机。均质直喷发动机相对缸外喷射而言，直喷发动机的高压雾化会更好。现在的所谓直喷发动机大多停留在这个阶段。 非均质即汽缸内各处的油气浓度不都相等，火花塞附近较浓，其他部分较稀，整个汽缸内的混合气总体浓度还是很稀。这样的直喷发动机为非均质直喷发动机或直喷稀燃发动机。仍有待研究，至少至本书结稿（２００７年９月） 时国内还没批量生产，不过国外日本三菱公司已在１９９６年开始生产直喷稀燃发动机，进口国内的有三菱太空的４Ｇ９３发动机。 第五章　直喷发动机和直喷稀燃发动机 关于缸内喷射，２０世纪４０年代前做过较多的研究，但因对实现缸内均匀混合气而言，这种结构形式在当时没有显示出特别的优点，而且造价高，控制和调节困难。但因为其潜在的优越性，各国没有放弃研究。直接喷入汽缸的喷射方式总体上有以下七种优点，特别值得 注意的是混合式发动机可以利用其中的部分优点。 １脉冲增压可以实现 通过凸轮轴的配气相位的调节，全负荷特性的曲线在很大范围内能满足要求。这样可提高最大扭矩或最大功率。通过进气系统、排气系统、配气相位、转速的协调设计来实现脉冲增压在这种喷射发动机中是可以实现的。 第五章　直喷发动机和直喷稀燃发动机 ２采用更大的气门叠开角 增压四冲程喷射式发动机可采用更大的气阀叠开角以增强扫气和冷却效果。 ３进气管内无燃料沉积 因为在进气管内只提供空气，燃料不会在进气管系统中沉积，不存在尤其是作为油膜层形式附于进气管壁面的燃料的沉积。因此，一方面可以降低油耗，另一方面对于加速过程也不需要考虑混合气加浓的进气管黏附沉积。 ４进气管造型不受制约 不需考虑燃料及混合气的输送而自由地进行进气管造型设计，可利用空气波动效应以提高供气效率，在全负荷时相应地提高了功率。 第五章　直喷发动机和直喷稀燃发动机 ５可以提高压缩比 进气管不加热和汽缸内燃料蒸发时的冷却效应使得缸内温度降低，从而减弱了爆振趋势，这使得采用高压缩比成为可能，因此可以达到更高的平均压力和更高的热效率，即更低的油耗。 ６可以实现混合气分层 可以在缸内实现混合气的分层，即在缸内形成所需要的非均匀混合气，有利于点火，改善燃烧，降低油耗，特别是在部分负荷时放弃了进气节流，使经济性更好。 ７冷却燃烧室部件 将燃料直接喷入燃烧室的热区，借助于燃料蒸发时的吸热使得燃烧室内气体侧的热区得以冷却。 第一节　直喷稀燃发动机理论 一、直喷稀燃的两种方法 传统汽油发动机一般都设计成在均匀的空气和燃油混合气中工作，分层进气必然会使燃烧过程产生明显的变化。分层进气发动机的设计方法是在火花塞附近提供浓混合气以保证可靠的点火，而以后的大部分反应过程都在稀混合气中进行。尽管混合气很稀，在以前的发动机理论中很容易造成燃烧中断，但浓混合气已形成的火球会推动燃烧在稀混合气中进行。 一种很有效但较复杂的方法是把燃烧室分成主室和副室两个区域，向装有火花塞的副室喷入浓混合气，主室喷入稀混合气。这种方案的优点是副室喷入的浓混合气能确保可靠地点火。 第一节　直喷稀燃发动机理论 主室的稀混合气在整个燃烧室中占了主要地位，但仍然由于在整个燃烧过程中，主室的混合气浓度是变化的，要么很浓，要么特别稀，因此这种方法能显著地减少ＮＯｘ的排放。 但是，这样的两燃烧室发动机与传统的一体燃烧室相比，其燃烧室表面积较大，因此未燃碳氢化合物排放较高。 另一种方法是直接把汽油喷进燃烧室，在火花塞附近形成一个浓混合气区，周围较远的地区形成稀混合气区，造成混合气分层。从总体看在燃烧室中的混合气是稀的。这种直接喷射也有一些明显的缺点，如输出功率低、设计复杂等。现在使气流以一种精确计算的“涡流模式”进入燃烧室也有可能达到一定程度的进气分层，这种“分层效应” 目前还不是很清楚，而且难于控制，导致发动机瞬时扭矩变化非常大。 第一节　直喷稀燃发动机理论 对于汽油机来说，缸内直接喷射形成的高压雾化混合气相对于传统的缸外喷射发动机可减少大约２０％燃油消耗，对减少ＣＯ２的排放也会有很大作用。为了发挥缸内直喷的优异性能，有必要精确确定部分负荷时的分层充量形成过程和全负荷（ＷＯＴ） 时均匀混合气的形成过程，以及它们之间的转换。 到目前为止，执行上述直喷稀燃喷射方式的装置中仍存在的问题，未来可以通过下述方法解决： １分层稀燃运行时，发动机功率的控制可以靠现代先进发动机管理技术来解决现代发动机管理系统可做到：精确计量所需的